Wasserstoffmaser im Weltraum

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Eine optische Aufnahme der aktiven Sternentstehungsregion im Sternbild Einhorn. Bei einem verdeckten jungen Stern in der dunklen, staubigen Zone auf der linken Seite entdeckte man, daß er den zweiten bekannten, natürlich auftretenden Wasserstoffmaser besitzt. Ignacio Diaz Bobillo

 

In den 1960er Jahren waren die Astronomen erstaunt, als sie entdeckten, daß Molekülwolken im interstellaren Raum manchmal Maser (das Mikrowellen-Gegenstück zum Laser) erzeugten, die eine helle, eng gebündelte Strahlung aussandten. Regionen mit heftiger Sternentstehung bringen einige der eindrucksvollsten Maser hervor – in einem Fall strahlt der Maser in einer „Farbe“ (das heißt, einer einzelnen Spektrallinie) so viel Energie ab, wie unsere Sonne über ihr gesamtes sichtbares Spektrum. Aus diesen Quellen kommt die Maserstrahlung von Molekülen wie Wasser oder OH, die durch Zusammenstöße und die Strahlung in der Umgebung der jungen Sterne angeregt werden. Maser sind wie Laser aus sich heraus von Interesse, aber auch, weil ihre intensive Strahlung ein mächtiges Hilfsmittel für die Untersuchung von deren Herkunftsgebieten liefert.

1989 entdeckte man Maserstrahlung, die von atomarem, gasförmigem Wasserstoff um den Stern MWC 349 stammt. Diese Quelle besitzt eine Scheibe aus ionisiertem Material, das von der Kante her (Edge-on) zu sehen ist, und eine bipolare Abströmung. Die Strahlung zeigte einige Merkmale einer molekularen Maserquelle: sie war äußerst hell und änderte sich mit der Zeit wegen ihrer Sensibilität gegenüber Änderungen in den einzelnen Anregungsprozessen. Diese Maserquelle bot drei weitere einmalige und nützliche Eigenschaften. Die erste Eigenschaft ist, daß die angeregten Atome eine ganze Serie an Masern bei Wellenlängen aus der entsprechenden Reihe an Wasserstofflinien erzeugten – einige sogar bei so kurzen Wellenlängen, daß sie als natürliche Laser zu bezeichnen sind. Die zweite Eigenschaft liegt darin, daß die zahlreichen Linien es den Forschern erlaubte, die emittierende Region in allen Einzelheiten nachzugestalten. Es handelt sich um eine Scheibe, bei der man auf die Kante blickt und die in einer nach Kepler benannten Weise rotiert. Dies heißt, daß sich die Scheibe wie die Planeten im Sonnensystem dreht – näher an der Sonne gelegene Planeten bewegen sich schneller als entfernter gelegene Planeten (völlig anders als die Rotation in einer starren Scheibe). Die dritte und letzte rätselhafte Eigenschaft war, daß diese erste Wasserstoffmaserquelle auch noch einzigartig zu sein schien. Niemand kann einen Grund dafür anführen, doch trotz Jahrzehnte der Suche nach weiteren Wasserstoffmaserquellen sind nur zwei andere mögliche Beispiele vorgeschlagen worden, doch sie sind besten Fall fragwürdig. Bis jetzt.

Izaskun Jimenez-Serra, Qizhou Zhang, Marion Dierickx sowie Nimesh Patel vom CfA und drei weitere Astronomen entdeckten mit dem Submillimeter Array (SMA) eine neue Wasserstoffmaserquelle. Sie ist viel schwächer als der Maser in MWC 349, aber nichtsdestotrotz zeigt sie die entscheidenden Masereigenschaften. Die Forscher ermittelten, daß im Unterschied zur Quelle in MWC 349 die Strahlung hier in einem dichten, gebündelten Jet erzeugt wird, doch ist genau wie bei MWC 349 die Maserstrahlung zum Teil das Ergebnis unseres zufälligen Blickwinkels – in diesem Fall der Blick entlang der Sichtlinie des Jets, ein seltenes Ereignis. Daher scheint Glück einer der Gründe zu sein, weshalb so wenig Wasserstoffmaser entdeckt worden sind. Die Gruppe ergänzt: da diese Quelle ziemlich schwach ist, wären vermutlich Anlagen mit vergleichbar hoher räumlicher Auflösung nötig, um weitere Maser dieser Art zu finden. Die nach 24-jähriger Suche gelungene neue Entdeckung hilft Wissenschaftlern die Frage zu klären, warum die erstentdeckte Quelle so ungewöhnlich war und zeigt die Vielschichtigkeit der physikalischen Prozesse, die in und um Sterne ablaufen.

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